南湾水库水电站增效扩容改造电气设计

唐万寿

（甘肃电投炳灵水电开发有限责任公司，甘肃临夏 731600）

南湾水库水电站增效扩容改造电气设计

唐万寿

（甘肃电投炳灵水电开发有限责任公司，甘肃临夏 731600）

针对农村小水电中电气改造的关键技术问题，以河南省南湾水库水电站增效扩容改造设计为例，阐述电站机电设备的现状及存在问题，探讨电站电气设备改造的内容及满足的技术要求，为该类工程提供一种新的设计思路。

增效扩容改造；变压器；高压开关设备；综合自动化系统；南湾水库电站

1 工程概况

南湾水库水电站位于淮河支流浉河上游，在河南省信阳市西南8.5km处，是以防洪为主，兼顾灌溉、发电、水产养殖、城市工业与生活供水及旅游等综合利用的大型水利工程。水库电站枢纽主要包括引水发电支洞、调压塔、压力管道、泄水洞、发电厂房、尾水渠和变电站等部分组成。1955年11月，水库工程建成并投入使用。电站现有装机容量为4×1 600kW，此次增效扩容改造将通过更换水轮发电机组适当增加机组容量至4×1 700kW，以提高机组的发电效率和电站水能资源利用率。

2 电站机电设备现状

南湾水库电站由于投入运行年代已久，一些设备已经陈旧老化，甚至处于带病状态，变压器为高耗能变压器（SJ型），属电力部门城（农）网改造淘汰产品，既有高压断路器含油型断路器，高压开关柜不满足“五防”要求，低压开关柜不具备3C认证；控制保护系统为电磁式，自动化程度低，发电效率低，保护经常误动作，设备运营、维护、管理成本高等。

3 水电站增效扩容机电设备改造方案

3.1 机电设备改造原则

根据国家指定的《农村水电增效扩容项目机电设备选用指导意见》相关规范规定，按照“节能、环保的设计理念，少人值守的目标”，对南湾水库水电站的电气设备进行改造。改造不改变既有主接线运营方式及接入电力系统方式，不改变既有主副厂房电气设备布置方式，改造内容以采用新技术、高效节能设备对既有落后、高耗能设备更新为重点，对变电设备、高低压开关设备、交直流系统、电站综合自动化系统及配套电缆等进行更新，以达到提高综合能效，促进安全运行，淘汰落后技术和设备的目的。

表1 35kV变压器主要参数表

表2 厂用变压器主要参数表

3.2 改造主要电气设备

3.2.1 变压器。电站原设置主变压器2台，型号为SJ-3200/38.5±5%，为满足节能环保要求，主变压器采用能耗小的铜芯节能型变压器。本次主变压器设计推荐采用S11节能型变压器，额定容量由3 200kVA增容至5 000kVA；更换2台厂用变压器，厂用变压器采用能耗小的SC9型号全铜干式变压器。主变压器及厂用变压器主要参数表分别如表1、2所示［1］。

3.2.2 高压开关设备。更换既有含油型及不满足“五防”要求的高压开关柜，采用无油型的真空及六氟化硫型高压断路器且满足“五防”要求的高压封闭式高压开关柜，具体内容为：12面高压开关柜设备，即发电机出线及PT柜4台，6.3kV母联柜1台，6.3kV厂用变柜2台，主变低侧（6kV）柜2台，近区配电柜3面。

3.2.3 综合自动化系统升级改造。综合自动化系统升级改造的内容包括集控中心1套、微机监控系统1套、微机保护系统1套、直流系统1套。

3.2.3.1 集控中心。集控中心所供系统的设计及设备制造、安装、调试、验收必须遵循且不能低于有关国家和国际标准化组织的标准、规范。集中调度控制系统由设在集控中心内的控制站和设在各个电站的被控站、远动通道构成。系统具有对被控电站设施的遥控、遥测、遥信、现场运行环境安全监视及模拟培训等功能，具备实时打印操作记录、故障信息、统计报表的功能。

在系统硬件总体结构方面，系统采用全开放分层分布系统结构，在系统中功能分层，现地单元层基本功能可独立，缩小系统中设备故障的影响范围，也有利于减轻各设备负担，使系统有良好的可用性及可靠性，并方便维护检修及设备更换。采用冗余系统结构，以保证系统的可靠性、可用性及可维护性。采用高可靠的通讯设备和高速通讯网络，系统采用总线式通讯结构，总线各节点均能直接上网，使系统信息交换有很高的实时性和可靠性。

3.2.3.2 微机监控系统。控制功能，对视频图像能实时监控、报警、回放、剪切和存储；能对任意单幅、4幅、5幅、16幅视频画面进行切换；能够对任意一个被控站进行召唤显示；能够实现视频图像的时序切换、分组切换、关联切换、报警自动切换及锁定，并随遥控命令进行随动切换；对所显示的图像进行缩小及放大操作，同时完成对其焦距的调整；视频实时显示及处理功能；系统应设置实时数据库及历史数据库管理系统，用于对在线运行数据及历史数据的管理；系统具有在线对应用软件维护修改功能。对各种用户画面和数据库进行在线修改、编辑和定义等功能［2］。

3.2.3.3 直流系统。直流电源盘采用全自动全密封免维护铅酸蓄电池成套装置，盘由微机监控高频开关整流装置、负荷电压补偿装置、自动化蓄电池充电及浮充电、均衡充电回路、电压监视装置、绝缘监察装置、控制、保护、测量回路和受电馈电回路等组成。装置采用微机智能化管理，变流模块化，并提供适当的备用模块。直流盘充电模块采用N+1备用方式，工作状态检测、故障模块的退出等均自动进行，应具有自动完成对蓄电池充电全过程的功能，长期工作的自动稳压功能，可靠的短路保护功能，自动调压功能，以及当交流失电再恢复供电时，具有自动软启动运行的功能，并能自动完成对电池组的补充充电。

直流输出电压技术要求为控制母线电压为220V± 3%，合闸母线电压为220V±3%。具有稳压稳流功能的高频开关整流装置要求为：①在满足对正常直流负荷要求的同时，能自动切换对蓄电池组进行浮充、均衡充电；②在交流三相电压380V+20%、-25%，单相电压220V+10%、-25%输入条件下，应保证输入输出的直流稳压精度及波纹系数，满足用电装置要求；③在蓄电池组不投入运行，稳压变流装置单独承担直流负荷电源时，其直流输出电压的纹波系数应不大于0.1%。

直流负荷电压自动补偿装置要求为：①应保证直流母线电压不随负荷电流大小变化以及在均衡充电时的电压变化而变化；②电压补偿级数的确定应满足用电装置的允许工作电压，以及根据蓄电池组在浮充电、均衡充电及交流失压后，蓄电池组单独工作时的直流负荷所需电压；③每级补偿电压精度应小于220V的10%；④控制母线降压采用斩波稳压器和直流负荷电压自动补偿装置并联方式运行，任一故障不影响控制母线的无谷点供电，直流斩波稳压器采用单管IGBT高频斩波方式，防止DC/DC运行开路。控制母线输出直流额定电压220V时稳压精度≤±0.2%。

4 结论

通过对河南省南湾水库水电站增效扩容电气设备进行改造分析，水电站在采用新型变压器后损耗低、经济节能；更换了高压开关设备，消除了安全隐患，可靠性更高；通过对综合自动化系统升级改造，有效提高了小水电运行的综合效率，促进了小水电“无人或少人值班”的信息化运行管理系统的建设，从而为农村小水电增效扩容改造工程电气设备设计提供参考性意见［3］。

［1］袁秀.柳沟一级水电站增效扩容电气改造方案［J］.电气技术，2014（4）：107-109.

［2］蔡青长.监控系统在水电站增效扩容改造中的应用［J］.河南水利与南水北调，2016（8）：38-39.

［3］谭剑波，冯家涛，甘雪峰.冯家山一级水电站增效扩容改造电气设计［J］.企业技术开发，2015（21）：5-6.

Electrical Design of Nanwan Reservoir Hydropower Station Expansion Efficiency

Tang Wanshou
（Gansu Power Investment Bingling Hydropower Development Limited Liability Company，Linxia Gansu 731600）

Aiming at the key technical problems of electrical transformation of rural small hydropower,the Nanwan Reservoir hydropower station of Henan province efficiency revamping design as an example,this paper expounded the present situation of mechanical and electrical equipment of power stations and the existing problems,discussed the content and technical requirements of the electric equipment reformation of power station,to provide a new de⁃sign idea for this kind of project.

efficiency revamping；transformer；high voltage switchgear；integrated automation system；Nanwan Reser⁃voir power station

TV742

：A

：1003-5168（2017）01-0141-03

2016-12-11

唐万寿（1986-），男，本科，助理工程师，研究方向：水电站经济运行。